【摘要】：近年來(lái),聲學(xué)超材料的產(chǎn)生與發(fā)展為降噪技術(shù)提供了新的設(shè)計(jì)思路與方法。聲學(xué)超材料是一種新型的人工結(jié)構(gòu),通過(guò)調(diào)節(jié)聲學(xué)超材料結(jié)構(gòu)的參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)負(fù)折射、聲聚焦、聲隱身等自然材料所不具備的聲學(xué)性質(zhì)。聲學(xué)超材料能夠突破隔聲質(zhì)量定律的限制,在亞波長(zhǎng)尺度范圍內(nèi)對(duì)聲波進(jìn)行調(diào)控,通過(guò)小尺寸控制大波長(zhǎng),有益于減小結(jié)構(gòu)的尺寸,使結(jié)構(gòu)更為緊湊,實(shí)用性更強(qiáng),尤其在低頻降噪領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。本文基于聲學(xué)超材料,以機(jī)柜中風(fēng)扇產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲特性為理論依據(jù),設(shè)計(jì)了一種寬帶通風(fēng)式微穿孔聲學(xué)降噪結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了在較寬低頻帶上的噪聲吸收,且具有很好的通風(fēng)性能。本文主要包括以下內(nèi)容:第一章為緒論,介紹了本課題研究的背景及意義,并簡(jiǎn)要概述了聲學(xué)超材料在降噪領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀。第二章首先介紹了風(fēng)扇噪聲的產(chǎn)生機(jī)理及其聲源特性,然后應(yīng)用氣動(dòng)聲學(xué)理論,利用ProE、FLUENT和ACTRAN對(duì)機(jī)柜中風(fēng)扇的聲輻射模型進(jìn)行了建模仿真,設(shè)置風(fēng)扇工作在不同工況下,通過(guò)分析仿真得到的結(jié)果發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲主要由一系列離散噪聲和寬帶噪聲組成,離散噪聲是風(fēng)扇噪聲產(chǎn)生的主要來(lái)源。當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速提高,離散噪聲峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率向高頻移動(dòng),相對(duì)應(yīng)的峰值也會(huì)增大。仿真得到的風(fēng)扇產(chǎn)生的離散噪聲峰值主要集中在500Hz-1200Hz頻率范圍內(nèi)。第三章首先對(duì)噪聲評(píng)價(jià)參量作了簡(jiǎn)要介紹,然后通過(guò)對(duì)不同工況下不同位置處機(jī)柜中風(fēng)扇產(chǎn)生的噪聲聲場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量分析,測(cè)量結(jié)果顯示機(jī)柜內(nèi)部風(fēng)扇產(chǎn)生的噪聲聲場(chǎng)的頻譜特性隨風(fēng)扇工況的增加會(huì)發(fā)生變化,且高頻成分逐漸增多,離散噪聲主要集中在500Hz-1500Hz,測(cè)量結(jié)果與仿真結(jié)果有很好的一致性。此外通過(guò)分析風(fēng)扇噪聲聲場(chǎng)的指向性圖,發(fā)現(xiàn)噪聲在空間呈現(xiàn)一定的指向性分布,各工況下的噪聲的指向性基本一致。第四章首先簡(jiǎn)要回顧了聲學(xué)吸聲結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展,然后提出了一種寬帶通風(fēng)式微穿孔聲學(xué)降噪結(jié)構(gòu),利用電力聲類比從理論上對(duì)該吸聲結(jié)構(gòu)的工作原理作了詳細(xì)分析并進(jìn)行了推導(dǎo)。接著通過(guò)COMSOL軟件研究了吸聲結(jié)構(gòu)中微穿孔板的孔徑、孔深、穿孔率以及通道的寬度對(duì)結(jié)構(gòu)的本征頻率及吸聲帶寬的影響。理論分析和數(shù)值仿真結(jié)果顯示通過(guò)調(diào)節(jié)該吸聲結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)參數(shù),可以在特定低頻帶下實(shí)現(xiàn)較寬的吸聲帶寬。此外,還利用四傳聲器法對(duì)吸聲結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)量,數(shù)值仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很好的一致性,該結(jié)構(gòu)能夠在較寬低頻帶上實(shí)現(xiàn)有效的聲吸收,又能保證很好的通風(fēng)性能。本文所提出的結(jié)構(gòu)由于其結(jié)構(gòu)緊湊,吸聲頻帶寬,通風(fēng)性能好,除了可用于降低管道中風(fēng)扇的噪聲,還適用于現(xiàn)有的小型集成化的設(shè)備,具有很強(qiáng)的實(shí)用性和可行性,在降噪領(lǐng)域有非常廣闊的應(yīng)用前景。第五章總結(jié)概括了本文的主要內(nèi)容,并對(duì)今后的工作加以展望。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O422.8
【圖文】：

具有自然材料所不具備的聲學(xué)性質(zhì)［１５＿２２］，如負(fù)折射、聲聚焦、聲隱身等，能逡逑夠?qū)β暡ㄟM(jìn)行很好的調(diào)控，在低頻降噪領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。２０００年，Ｌｉｕ等人基逡逑于電磁超材料理論通過(guò)引入局部共振單元首次實(shí)現(xiàn)了聲學(xué)超材料，結(jié)構(gòu)如圖１．２逡逑所示，左圖是樣品單元細(xì)胞，置于中間的金色小球外部涂了一層薄薄的硅橡膠（白逡逑色區(qū)域），右圖是以環(huán)氧樹(shù)脂為基底的樣品結(jié)構(gòu)，小球和硅橡膠相當(dāng)于彈簧振子逡逑系統(tǒng)中的振子和彈簧，小球在運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠吸收聲能使得超低頻處產(chǎn)生了聲學(xué)禁帶逡逑該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了小尺寸控制大波長(zhǎng)的目的，為低頻降噪技術(shù)提供了新的思路。逡逑Ｊ逡逑圖１．２局域共振聲子晶體結(jié)構(gòu)［２３］逡逑在此之后，越來(lái)越多的可用于降噪的結(jié)構(gòu)被提出來(lái)。２０１２年，Ｍｅｉ等人提逡逑出了一種能在ｌＯＯ－ｌＯＯＯＨｚ低頻范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高吸收的薄膜型材料，其結(jié)構(gòu)如圖１．３逡逑所示，薄膜四周被固定，單個(gè)薄膜上的左右兩邊各嵌有４片半圓狀的鐵片，由于逡逑多重共振

圖１．３邋（ａ）矩形薄膜型聲學(xué)超材料；（ｂ）吸聲系數(shù)［２４］逡逑等人提出了一種可利用經(jīng)典的聲學(xué)局域共振原理及細(xì)管中聲波的衰減效應(yīng)來(lái)實(shí)逡逑現(xiàn)寬帶吸收的吸聲結(jié)構(gòu)，如圖１．４所示，該結(jié)構(gòu)由２５個(gè)橫截面相同、高度均勻逡逑遞增的矩形鋸齒等間距排列而成，底部為剛性背襯，通過(guò)調(diào)節(jié)兩根矩形棒間空氣逡逑間隙的高度使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，同一頻率的聲波可以被局域在不同位置，而同一位逡逑置也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同頻率的聲波的局域效果，由于細(xì)管對(duì)聲波的吸收效應(yīng)，使得逡逑局域在空氣間隙中的駐波完全吸收，從而實(shí)現(xiàn)了小尺寸、寬頻的吸收效果［２５］。逡逑ｈ邋（ａ）邐（ｂ）逡逑ｋＵ逡逑ｐｌａｎｅ邋ｗａｖｅ逡逑■邐？邐，邐３逡逑ｐｌｏｘｉｕｌａｓｓ逡逑圖１．４⑻樣品結(jié)構(gòu)圖；（ｂ）實(shí)驗(yàn)裝置示意圖［２５］逡逑３逡逑

邐２００邐４００邐６００邐８００邐１，０００邋１．２００逡逑Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋（Ｈｚ）逡逑圖１．３邋（ａ）矩形薄膜型聲學(xué)超材料；（ｂ）吸聲系數(shù)［２４］逡逑等人提出了一種可利用經(jīng)典的聲學(xué)局域共振原理及細(xì)管中聲波的衰減效應(yīng)來(lái)實(shí)逡逑現(xiàn)寬帶吸收的吸聲結(jié)構(gòu)，如圖１．４所示，該結(jié)構(gòu)由２５個(gè)橫截面相同、高度均勻逡逑遞增的矩形鋸齒等間距排列而成，底部為剛性背襯，通過(guò)調(diào)節(jié)兩根矩形棒間空氣逡逑間隙的高度使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，同一頻率的聲波可以被局域在不同位置，而同一位逡逑置也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同頻率的聲波的局域效果，由于細(xì)管對(duì)聲波的吸收效應(yīng)，使得逡逑局域在空氣間隙中的駐波完全吸收，從而實(shí)現(xiàn)了小尺寸、寬頻的吸收效果［２５］。逡逑ｈ邋（ａ）邐（ｂ）逡逑ｋＵ逡逑ｐｌａｎｅ邋ｗａｖｅ逡逑■邐？邐，邐３逡逑ｐｌｏｘｉｕｌａｓｓ逡逑圖１．４⑻樣品結(jié)構(gòu)圖；（ｂ）實(shí)驗(yàn)裝置示意圖［２５］逡逑３逡逑

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本文編號(hào)：2743423